抽風(fēng)管路設(shè)計(jì)

某車間抽風(fēng)管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)前言焊接煙氣是一種有毒有害的氣體，內(nèi)含有錳、銘、鎳、硅、氟等化合物，氧化氮和臭氧等。焊接車間如不采取有效的通風(fēng)措施，焊接工人的身心健康將受到嚴(yán)重的損害，可能引發(fā)塵肺，錳中毒，金屬煙熱等疾病。為了有效改善焊接車間的空氣狀況，使工作區(qū)達(dá)到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，減少職業(yè)病患病率，必須對(duì)其進(jìn)行通風(fēng)換氣，排除和稀釋有害物。針對(duì)某焊接車間的特點(diǎn)，我們特地對(duì)其進(jìn)行以下通風(fēng)管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的已知條件與要求］該車間長(zhǎng)X寬X高=50X20X6，在長(zhǎng)邊一側(cè)設(shè)置若干個(gè)抽風(fēng)點(diǎn)。抽風(fēng)點(diǎn)為上吸氣罩，罩口離地1.5米，離墻2米，吸風(fēng)總個(gè)數(shù)為（6?12）個(gè)。每個(gè)吸風(fēng)罩吸風(fēng)量相等，各個(gè)吸風(fēng)口由總管匯總至車間外引風(fēng)機(jī)，經(jīng)30米高煙囪排入周圍空氣中。要求確定每個(gè)吸風(fēng)口吸風(fēng)量及總吸風(fēng)量，各段管路的尺寸，管件尺寸，全系統(tǒng)的壓力損失并選擇風(fēng)機(jī)。設(shè)計(jì)方法本設(shè)計(jì)采用局部通風(fēng)方式對(duì)車間進(jìn)行通風(fēng)換氣。為防止設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的有害物對(duì)車間空氣產(chǎn)生污染，往往通過(guò)排氣罩或吸風(fēng)口就地將有害物加以捕集，并用管道輸送到凈化設(shè)備進(jìn)行處理，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后，再回用或排入大氣。這就是設(shè)備的局部排風(fēng)。當(dāng)生產(chǎn)中有多臺(tái)這樣的設(shè)備，且每臺(tái)的局部排風(fēng)量不需很大，出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，往往用管道將它們聯(lián)成整體，組成局部排風(fēng)系統(tǒng)，整求的局部排風(fēng)量排風(fēng)。而做到這一點(diǎn)的關(guān)鍵在于管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)。一個(gè)系統(tǒng)共用一臺(tái)凈化設(shè)備和風(fēng)機(jī)。在局部排風(fēng)系統(tǒng)中，為了達(dá)到對(duì)有害物的捕集效果目的，要求局部排風(fēng)系統(tǒng)能按各設(shè)備要各設(shè)備局部排風(fēng)量相等即為均勻吸風(fēng)管道系統(tǒng)?？紤]到一般情況，各設(shè)備的局部排風(fēng)量不等時(shí)稱為定量吸風(fēng)管道系統(tǒng)。均勻吸風(fēng)管道的設(shè)計(jì)過(guò)去采用干管的等速設(shè)計(jì)法或降速梯形設(shè)計(jì)法，對(duì)定量吸風(fēng)管道則采用匯流三通的阻力平衡法，這些方法對(duì)問(wèn)題的分析過(guò)于粗糙，運(yùn)行后風(fēng)量偏差較大，已不適應(yīng)人們對(duì)環(huán)境的要求。本文的局部排風(fēng)系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)方法，對(duì)排風(fēng)管道內(nèi)氣流的能量關(guān)系作了更詳細(xì)的分析，并可進(jìn)行更精確的計(jì)算。運(yùn)行后設(shè)備的排風(fēng)量與設(shè)計(jì)值偏差很小。設(shè)計(jì)原理局部排風(fēng)系統(tǒng)的吸風(fēng)支管一端是機(jī)上吸口，另一端在匯流三通處與干管相接，支管氣流與干管氣流在匯流三通處具有公共點(diǎn)稱為兩股氣流的匯合點(diǎn)（如圖1），兩股氣流在匯合點(diǎn)匯合，一般動(dòng)壓是不等的，但其靜壓相等。干管氣流到達(dá)匯合點(diǎn)的靜壓稱為剩余靜壓，它是匯合點(diǎn)的實(shí)際靜壓。吸口與匯合點(diǎn)的靜壓差是支管吸風(fēng)的動(dòng)力。對(duì)于形狀和尺寸給定的支管，只要吸口狀態(tài)和匯流三通匯合點(diǎn)處的靜壓一定，支管的吸風(fēng)量就一定。支管吸口的狀態(tài)以及支管的形狀和尺寸確定之后，根據(jù)風(fēng)量或風(fēng)速，就可求得支管在匯流三通處的靜壓，稱為該支管的計(jì)算靜壓。Vo :VI￥ITi--c 1 i-_圖1 吸風(fēng)管道原理圖對(duì)于第I根支管，只要列出吸口斷面與匯流三通匯合點(diǎn)斷面之間的柏努利方程，就可求出它的計(jì)算靜壓。設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)主要考慮捕集裝置和管道系統(tǒng)這兩部分的設(shè)計(jì)。1.捕集裝置的設(shè)計(jì)污染物的捕集裝置通常稱為集氣罩。集氣罩是通風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。⑴.集氣罩的基本類型確定：根據(jù)車間氣流流動(dòng)的特點(diǎn)和煙氣特性，本設(shè)計(jì)采用外部采氣罩的上吸型圓形集氣罩。⑵.集氣罩風(fēng)量的確定：根據(jù)集氣罩的經(jīng)驗(yàn)值1200?3000m3/h，本設(shè)計(jì)采用的每個(gè)吸風(fēng)口的吸風(fēng)量為2800m3/h，設(shè)6個(gè)集氣罩，則管道的總風(fēng)量Q.=6Q=6X2800=16800m3/h⑶.罩口面積的確定：根據(jù)工藝設(shè)備及操作要求和吸風(fēng)量，確定罩口的平均吸氣控制速度為1m/s，則罩口面積為：A=Q/V=2800/(1X3600)=0.78m2=(4A/3.14)1/2=(4X0.78/3.14)i/2=1m⑷.擴(kuò)張角確定：為保證罩口吸氣速度均勻，集氣罩的擴(kuò)張角不宜太大，本設(shè)計(jì)中的集氣罩的擴(kuò)張角為60°。2.管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括管道布置，管道內(nèi)氣體流速確定、管徑選擇、壓力損失計(jì)算，壓力損失平衡計(jì)算，全壓損失匯總以及通風(fēng)機(jī)選擇等內(nèi)容。下面主要給出管徑選擇、壓力損失計(jì)算，壓力損失平衡計(jì)算，全壓損失匯總以及通風(fēng)機(jī)等相關(guān)的計(jì)算。(1).各管道的管徑和壓力損失的計(jì)算:管段1?2：據(jù)Q=2800ms/h,v=10.Om/s,查"計(jì)算表"得：d=320mm,X/d=0.0586實(shí)際流速為v二4Q/3.14d2=4X2800/3.14X（0.32）2X3600=9.7m/s動(dòng)壓二Pv2/2=1.3X（9.7）2/2=61.IPa則摩擦壓力損失為AP=1XX/dXpv2/2=8X0.0586X61.1=28.6PaL各管件局部壓損系數(shù)（查手冊(cè)）為：集氣罩（擴(kuò)張角為60°）：^=0.10；90°彎頭（R/d二1.5）2個(gè)：&=0.15；90°合流三通：^=0.9；調(diào)節(jié)閥：=0.32；E&=0.10+2X0.15+0.9+0.32=1.62則局部壓損△?!!!二工Xpv2/2=1.62X61.1=99.OPa該管段的總壓損 +APm=28.6+99.0=127.6PaL根據(jù)對(duì)稱原理有：L=L =8.0m；TOC\o"1-5"\h\z1?2 10?12D=D =320mm；1?2 10?12AP=AP=127.6Pa；1?2 10?12.管段2?3：據(jù)Q=2800ms/h,v=10.Om/s,查"計(jì)算表"得：d=320mm,X/d=0.0586實(shí)際流速:v二4Q/3.14d2=4X2800/3.14X（0.32）2X3600=9.7m/s動(dòng)壓二Pv2/2=1.3X（9.7）2/2=61.IPa則摩擦壓力損失為AP=1XX/dXpv2/2=2X0.0586X61.1=7.2PaL各管件局部壓損系數(shù)（查手冊(cè)）為：集氣罩（擴(kuò)張角為60°）：^=0.10；90°彎頭（R/d二1.5）1個(gè)：&=0.15；90°合流三通：^=0.53；調(diào)節(jié)閥：=0.3；EZ=0.10+0.15+0.53+0.3=1.08則局部壓損： APm=EZXpv2/2=1.08X61.1=66.0Pa該管段的總壓損：AP=APl+△Pm=7.2+66.0=73.2Pa根據(jù)對(duì)稱原理有：TOC\o"1-5"\h\zL =L =L =L =L =2m；2?3 4?5 6?7 8?9 10?11D =D =D =D =D =320mm；2?3 4?5 6?7 8?9 10?11宜2?3=宜4?5=宜6?7=宜8?9=/0?11=73.灑；.管段2?4：據(jù)Q=5600m3/h,v=10.0m/s，查“計(jì)算表”得：d=450mm,入/d=0.0385實(shí)際流速：v=4Q/3.14d2=4X5600/3.14X（0.45）2X3600=9.8m/s動(dòng)壓二pv2/2=1.3X（9.8）2/2=62.4Pa則摩擦壓力損失為AP=lXX/dXpv2/2=6X0.0385X62.4=14.4PaL各管件局部壓損系數(shù)（查手冊(cè)）為：90°合流三通：Z=0.96,Z=0.78；漸擴(kuò)變徑管：Z=0.27；右EZ=0.96+0.78+0.27=2.01則局部壓損APm=EZXpv2/2=2.01X62.4=125.4Pa該管段的總壓損AP=APl+APm=14.4+125.4=139.8Pa根據(jù)對(duì)稱原理有：L2?4=L8?10=6m；D=D=450mm；A?424=?*七10=139.8Pa；.管段4?6：據(jù)Q=8400m3/h,v=10.0m/s，查“計(jì)算表”得：d=560mm,入/d=0.0296實(shí)際流速：v=4Q/3.14d2=4X8400/3.14X（0.56）2X3600=9.5m/s動(dòng)壓二pv2/2=1.3X（9.5）2/2=58.7Pa則摩擦壓力損失為AP=lXX/dXpv2/2=6X0.0296X58.7=10.4PaL各管件局部壓損系數(shù)（查手冊(cè)）為：90°合流三通：Z=1.10,Z=0.79；漸擴(kuò)變徑管：Z=0.27；右EZ=1.10+0.79+0.27=2.16則局部壓損APm=:EZXpv2/2=2.16X58.7=126.8Pa該管段的總壓損AP=APl+APm=10.4+126.8=137.2Pa根據(jù)對(duì)稱原理有：L=L=6m；D=D=560mm；站46土七8=137.2Pa；.管段6?7：據(jù)Q=16800m3/h,v=10.0m/s，查“計(jì)算表”得：d=750mm,入/d=0.0207實(shí)際流速：v=4Q/3.14d2=4X16800/3.14X（0.75）2X3600=10.6m/s動(dòng)壓二PV2/2=1.3X（10.6）2/2=73.0Pa則摩擦壓力損失為AP=lX入/dXpv2/2=6X0.0207X73.0=9.1PaL各管件局部壓損系數(shù)（查手冊(cè)）為：90°合流三通：Z=0.53;漸擴(kuò)變徑管：Z=0.27；90°彎頭（R/d=1.5）2個(gè)：Z=0.15；調(diào)節(jié)閥：Z=0.3；EZ=0.53+0.27+0.15X2+0.3=1.4則局部壓損APm=:EZXpv2/2=1.4X73.0=102.2Pa該管段的總壓損AP=APL+APm=9.1+102.2=111.3Pa⑵.壓力平衡計(jì)算①.對(duì)于節(jié)點(diǎn)2：AP=127.6Pa△P：?2=73.2Pa(AP-AP)/AP=(127.6-73.2)/127.6=42.6%>10%可見(jiàn)：節(jié)點(diǎn)T2的壓力不平彳衡：采用調(diào)整管徑方法，進(jìn)行壓力平衡調(diào)節(jié)D'=D(AP/AP)o.225=282mm.一2=3,,2—3 2?3 1?2圓整管徑?。篋'23=280mm根據(jù)對(duì)稱原理有：D'23=D'1o;280mm②.對(duì)于節(jié)點(diǎn)4：AP=AP+AP=127.6+139.8=267.4PaaP?H.bPa2?4(AP-AP)/AP=(267.4-73.2)/267.4=72.6%>10%可見(jiàn)：節(jié)點(diǎn)44的壓力不平衡，采用調(diào)整管徑方法，進(jìn)行壓力平衡調(diào)節(jié)D'=D(AP/AP)o.225=239.1mm. 4?5?,4?5一 4?5 1?4圓整管徑?。篋'2?3=240mm根據(jù)對(duì)稱原理有：D'45=D'89=240mm⑶全系統(tǒng)壓力損失的計(jì)算系統(tǒng)的總壓力損失=(AP+AP+AP)X2+AP1?2 2?4 4?6 6-7=(127.6+139.8+137.2)X2+111.5=921Pa⑷.選擇風(fēng)機(jī)和電機(jī)選擇通風(fēng)機(jī)的計(jì)算風(fēng)量：Q0=Q(1+K])=16800X1.1=18480m3/h選擇通風(fēng)機(jī)的計(jì)算風(fēng)壓：AP=AP(1+K)=921X1.2=1105Pa根據(jù)上述風(fēng)量和風(fēng)壓，在通風(fēng)機(jī)樣本上選擇C6-48,N010C型離心引風(fēng)機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)N=1000r/min時(shí)，Q=18356m3/h，P=1996Pa，配套電機(jī)為Y180M-4,18.5KW，功率為15.79KW，基本滿足要求。復(fù)核電動(dòng)機(jī)功率：N=QApK(3600X1000nn)=18480X1105X1.3/(3600X1000X0.5X0.95)二15.05KW0 12配套風(fēng)機(jī)滿足管道計(jì)算匯總?cè)缦卤?管段編號(hào)流量Q/m3/h管長(zhǎng)L/m管徑D/mm流速v/m/s入/d/m-1動(dòng)壓pv2/2/Pa摩擦壓損AP/PLa局部壓損系數(shù)EZ局部壓損APm/Pa管段總壓損AP/Pa管段壓損累計(jì)EAP/Pa備注L1?2L10-1228008.03209.70.058661.128.61.6299.0127.6921Pa^2-3^10-11L4-5L8-928002.03209.70.058661.17.21.0866.073.2壓力不平衡L2-4L56006.04509.80.038562.414.42.01125,4139.8L4-6L84006.05609.50.02965